Устройство для регулирования температуры

 

Союз Соввтсиии

Социалистические

Рвспублии дд907514 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву % 481029 (22)Заявлено 18,06.80 (2l) 2941626/18 24 с присоединением заявки 2941655/18-24 (23)Приоритет

Опубликовано 23,02.82. Бюллетень М 7 (51)М. Кй.

005 Э 2S/19

Гооудерстеаивй комитет

СССР ао делен иэабретеиий и открытий (53) УДК621,888..6 (08 8.8) Дата опубликования описания 25.02.82 (72) Авторы изобретения

Ю. Н. Бобков, P. В. Магера, О. P. Куделич и . М. Шупляк

1 (Дрогобычский госупарственный педагогически институт им. И. Франка (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к термометрии, осуществляемой метопами яцерного квапрупольного резонанса (ЯКР) и может быть использовано цля построения системы регулирования и измерения температуры с импульсным резонансным яперноS ква пру польн ым преобразователем.

Известно устройство пля регулировани я темпера туры, построенное .на основе стационарной метоцики вьщеления сигнала ЯКР, в котором резонансный генера10 тор синхронизирован по линии поглощения

ЯКР с помшью цепи обратной связи через фазовый детектор (1 j .

Опнако такое устройство, в связи с

15 пацением побротности колебательного. контура, работоспособно только в положительном температурном циапазоне цо

120 С.

По основному авт. св. N. 481029 из20 вестно устройство пля регулирования температуры, содержащее задающий и резонансный генераторы, выходы KOTopbIx noIIключены к элементу сравнения, соеципенному с исполнительным элемснтом И, измерительный блок, а также импульснопрограммный блок, мопулятор, супергетероцинный преобразователь-усилитель, цетектор, пороговый элемент и экстремальный регулятор, причем один вхоп моцулятора подключен к выходу резонансного генератора, цругой вкоц — к выхоцу импульсного программного блока, а выход - с измерительным блоком, который через последовательно соепиненные супергетеропинный преобразоватеж усилитель, цетектор, пороговый алемент и экстремальный регулятор подключен к резо нансному генератору.

В этом устройстве регулирование температуры производится по моменту совмещения частот задающего генератора и

ЯКР, определяемому по.максимальной длительности сигналов ядерной инцукции или спинового аха. С целью повышения точности их установки выхоцные радиосигналы измерительного блока, снимаемые с колебательного контура в супергетеро9075 14 цинном преобразователе-усилителе (СПУ), усиливаются усилием высокой частоты, преобразуются в частоте в смесителе, управляемом гетероцином, частота колебаний которого согласуется системой автоматической поцстройки частоты резонансного генератора, и усиливается усилителем промежуточной частоты, после чего детектируются и сглаживаются детектором, с выхода которого сигналы

ЯКР поступают на вход порогового элемента, созцаюшего на выхоце вицеоимпульсы, длительность которых пропорциональна длительности выходных радиосигналов измерительного блока. Выхоцные сигналы порогового элемента возцействуют на экстремальный регулятор, который своим выхоцным управляющим сигналом изменяет частоту колебаний резонансного генератора цо совпацения с частотой

ЯКР.

О температуре судят по резонансной частоте, соответствующей экстремальной длительности входных импульсов регулятора. Причем выбор сигнала управления в эк- стремальном регуляторе определяется сигналами, поступающими. из импульсного программного блока и различающимися по временным факторам Г21 .

Нецостатком этого устройства явля- Зо ется низкая точность регулирования температуры, вызванная потерей части информационного параметра, обусловленная уменьшением длительности импульса, величина которого опрецеляется уровнем срабатывания порогового устройства, а также осуществление регулирования по одному (a именно по цлительности) из цвух.переменных параметров управляемого сигнала. Кроме того, использование в качестве управляемого параметра в пороговом экстремальном регуляторе сигналов ядерной инцукции и спинового эха с узкой линией поглощения, т.е. с малой цлительностью, затруцняет работу послец- „

ыего.

Нецостатком указанного устройства является также невозможность использования его в качестве широкоциапазонного импульсного ЯКР-измерителя температуры, обусловленная наличием в нем блоков, эацаюших температуру в точке измерения, и ограниченностью зоны захвата резонансной характеристики ЯКР.

Цель изобретения — повышение точности регулирования температуры и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство цля регулирования температуры введены послецовательно соединенные интегратор и первый ключевой элемент, выход которого связан с входом экстремального регулятора, а первый вход интегратора - с выхоцом детектора, причем вторые вхоцы интегратора и первого ключевого элемента связаны соответственно с вторым и третьим выходами импульсного программного блока, а такие введены частотомер, послецовательно соединенные термоцатчик, измерительный преобразователь, функциональный преобразователь перемещение-напряжение и сумматор, а также второй ключевой элемент, первый вход ко тор ого связан с вторым выходом измерительного преобразователя, второй вхоц — с выхоцом экстремального регулятора, а выхоц через сумматор подключен к вхоцу резонансного генератора, к выходу которого подключен частотомер.

На фиг. 1 показана схема прецлагаемого устройства по и. 1 формулы изобретения; на фиг, 2 — по п. 2 формулы изобретения; на фиг. 3 — зависимость частоты ЯКР от температуры.

Устройство (фиг, 1) содержит элемент сравнения — реверсивный счетчик

1, задающий генератор 2, резонансный генератор 3, исполнительный элемент 4, тепловой нагреватель 5, обьект 6 управления, измерительный блок 7, импульсный программный блок 8, модулятор 9, СПУ 10, детектор 11, интегратор 12, первый ключевой элемент 13 и экстремальный регулятор 14 напряжения.

Устройство работает слецуюшим образом.

Высокочастотные колебания резонансного генератора 3 поступают в модулятор 9, вырабатывающий по программе имцульсного программного блока 8 зондирующие импульсы, воздействующие на измерительный блок 7, воспринимающий с обьекта 6 управления изменение теплового режима, который зацается частотой задающего генератора 2 через послецовательно соединенные реверсивный счетчик 1, сравнивающий частоты задающего 2 и резонансного 3 генераторов, исполнительный элемент 4 и тепловой нагреватель 5. Выхоцной сигнал с измерительного блока .7 после усиления в

СПУ 10 цетектируется детектором 11 и поступает на измерительный вход интегратора 12. Импульсный программный

5 9075 блок 8 включает интегратор 12 в момент окончания первого зондируюше о импульса, что обеспечивает интегрирование снг нала свободной индукции, а когца выхоцной сигнал интегратора 12 достигает 5 некоторого порогового уровня, то включается первый ключевой элемент 13, который остается во включенном состоянии ао окончания процесса интегрирования.

Длительность импульса, полученного на выхоце ключевого элемента 13, пропорциона льн ая плоша ди, or р аниченно и сигналом свобоцной инцукции, и используется в качестве управляющего сигнала экстремального регулятора 14 напряже- 15 ния, который подстраивает частоту резонансного генератора 3 но максимальной цлительности этого импульса, что соответствует максимальной BJIOIBBBH ограниченной сигнлом свободной индукции. 20

Устройство (фиг. 2) содержит резонансный генератор 3, моцулятор 8, импульсный программный блок 8, совмещенный измерительный блок 15, включающий узкоциапазонный измерительный, д блок 16 ЯКР-канала, состоящий из блоков

1, 2, 3, 4, 5 и 6, термодатчик 17, СПУ 10, цетектор 11, пороговый элемент 18, экстремальный регулятор 14, измерительный преобразователь 19, второй ключевой элемент 20, функциональный преобразователь 21 перемещение-напряжение, сумматор 22 и частотомер 23. Зависимость частоты ЯКР V от температуры Т представляет собой кривую линию 24, а зона захвата ЯКР— зону, ограниченную осями 1) и Т и кривыми 25 и 26.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал ЯКР отсутствует во включенном устройстве, когца рассогласование частоты резонансногс генератора 3 и температуры в точке измерения, воспринимаемой измерительным блоком 16

ЯКР-канала и термоцатчиком 17, превышает зону захвата, ограниченную кривыми 25 и 26. При этом сигнал термоцатчика 17 поступает на ахоп измерительного преобразователя 19, изменяя вы50 хоаной сигнал последнего до соответствия значению измеряемой температуры, причем сигнал управления измерительного преобразователя 19 (т.е. сигнал ошибки канала грубого измерения температуры)

S5 отключает на вреМя рассогласования с помршью ключевого элемента 20 выхоц экстремального регулятора 14 от оцного из входов сумматора 22. Выходной сигнал измерительного преобразователя 19, пропорциональный измеряемой температуре и представляет собой механическов перемещение (угол), воздействует на вход функционального преобразователя

2 1, причем функция преобразования преобразователя 21 является согласующей межцу зависимостью частоты ЯКР 11 рабочего вещества от температуры Т (кривая 24) и зависимостью частоты резонансного генератора от управляемого напряжения. Поэтому при аостижении выходным сигналом термоцатчика 17 значения, соответствующего измеряемой температуре, на выхоце функционального преобразователя 21 образуется такое напряжение, которое, буцучи перецанным через сумматор 22 на управляющий вхоц резо нансного генератора 3, приводит к изменению частоты послецнего цо значения, соответствующего измеряемой температуре, определяемой блоками канала грубого измерения температуры термоцатчика 17, измерительного преобразователя 19, а также преобразователя 21. Если эта погрешность не превышает половины ширины зоны захвата ЯКР-измерителя температуры, ограниченной кривыми 25 и 26, что легко может быть осуществлено соответствующим выбором параметром ук.азанных блоков, то в результате использования канала грубого измерения температуры ЯКР-измеритель температуры ввоцится в зону захвата, ограниченную кривыми 25 и 26, и последующее изменение частоты резонансного генератора

3 осуществляется каналом точного измерения температуры, -соцержашим узкоциапазонный измерительный блок 16 ЯКРканала, соцержаший задающий генератор, элемент сравнения, исполнительный элемент и измерительный блок. В результате окончания согласования выходного сигнала измерительного преобразователя

19 с сигналом термоцатчика 17 сигнал ошибки канала грубого измерения температуры исчезает, что привоцит к включению ключевого элемента 20 и соединению выхода экстремального регулятора 14 со вторым вхоцом сумматора 22, Таким образом, на управляющий вхоа резонансного генератора 3 подается выхоцпое напряжение сумматора 22, состоящее из авух составляющих, оана из которых опрецеляется результатом грубого измерения температуры, другая — точного измерения.

При работе импульсного ЯКР-измерителя в зоне захвата, ограниченной кри7 907 выми 25 и 26, высокочастотное напряжение резонансного генератора 3 возаействует на моцулятор 9 по программе, опрецеляемой импульсным программным блоком 8 „причем модулятор 9 созпает зондирующие paaèoèìïyëbñû, возцействуюшие на измерительный блок 16

ЯКР-канала, на выходе которого образуются сигналы резонанса, усиливаемые и преобразуемые в СПУ 10, цетектируемые детектором 11 и преобразуемые в цлнтельность выхоцных виаеоимпульсов порогового элемента 18.

Выхоаные импульсы порогового эле мента 18 поступают на вход экстремаль- 15 ного регулятора 14, который своим выxoQHbIM сигналом, подаваемым через сумматор 22 на управляюший вход резонансного генератора 3, изменяет частоту этого генератора цо максимальной 2о величины цлительности входных импульсов экстремального регулятора 14, образующихся при точном соответствии частоты резонансного генератора 3 и частоты, соответствующей измеряемой 25 температуре.

При работе точного канала измерения температуры устройство грубого канала измерения температуры в связи с низкой его чувствительностью практически не Зр изменяет своего состояния.

В случае, когпа при включении устройства рассогласование частоты резонансного генератора 3 и частоты, соответствующей измеряемой температуре, не превышает зоны захвата ЯКР-измерителя температуры, ограниченной кривыми

25 и 26, то канал грубого измерения температуры в силу низкой его чувстви« тельности не функционирует, и настройка частоты резонансного генератора 3 осуществляется экстремальным регулятором 14 непосредственно.

Предлагаемое изобретение обеспечива ет автоматическое ввецение ЯКР-измерителя температуры в зону захвата при каждом его включении путем использования дополнительного широкоциапазонного измерителя температуры цля предварительной настройки частоты резонансного генератора, а также позволяет произвоаить грубый отсчет измеряемой величины по гоказаниям широкоциапазонного измерителя, точный — по показаниям

ЯКР-измерителя. l ри этом улучшаются как цинамические, так и статические хаpRKrepHcrNKB измерителя.

Оба технических решения могут использоваться как отцельно цля постижения поставленной цели так и совместно в составе одного устройства.

В предлагаемом устройстве (фиг. 1) регулирование температуры произвопится по управляющему сигналу, оцениваемому с нулевого уровня по его плошади, что повышает точность регулирования на 1520%.

Фор мула изобретения

1. Устройство цля регулирования температуры по авт. св. СССР М. 481029, or личаюшеесятем, что,с целью повышения точности, оно содержит последовательно соединенные интегратор и первый ключевой элемент, выход которого связан с вхоцом экстремального регулятора, B первый вхоц интегратора— с выхоцом цетектора, причем вторые входы интегратора и первого ключевого элемента связаны соответственно с вторым и третьим выхоцами импульсного про гра м много б лок а.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства îíî содержит частотомер, последовательно соециненные термоцатчик, измерительный преобразователь, функ- циональный преобразователь перемещение1 напряжение и сумматор, а также второй ключевой элемент, первый вход которого связан с вторым выхопом измерительного преобра зова теля, в торой вход — с выходом экстремального регулятора, а выхоц через сумматор подключен к вхопу резонансного генератора, к выходу которого поцключен частотомер.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 4063150, кл. 325/05, опублик. 1976.

2. Авторское свицетельство СССР

N. 481029, кл. Q05 D 23/19, 1973 (прототип).

907514

Составитель Л, Птенцова

Реаактор В. Данко Техреа.Т. Маточка. Корректор С. Щомак

Закаа 588/56 Тираж 908 Поаписное

ВНИИ ПИ Госуцарственного комитета СССР по целам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., ц. 4/5

Филиал ППП Патент г, Ужгороц, ул. Проектная, 4